梁永欣，武冬冬，宋玉鋒，馬鏞湛

(國(guó)網(wǎng)晉城供電公司，山西 晉城 048000)

0 引言

目前，智能電網(wǎng)在我國(guó)正處于大規(guī)模建設(shè)階段，一大批融合了新技術(shù)的智能二次設(shè)備相繼投入電網(wǎng)運(yùn)行，二次設(shè)備質(zhì)量的參差不齊影響了繼電保護(hù)的可靠動(dòng)作。10 kV線路保護(hù)誤動(dòng)，對(duì)于10 kV電網(wǎng)來(lái)說(shuō)是重大安全隱患，而山西晉城地區(qū)10 kV電網(wǎng)負(fù)荷多為煤礦企業(yè)，因其開采空間和煤層結(jié)構(gòu)的特殊性[1]，如果供電安全可靠性得不到保障就會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，因此，必須加強(qiáng)對(duì)10 kV線路保護(hù)的運(yùn)行管理，防止保護(hù)誤動(dòng)發(fā)生。

1 事件概況

2013-05-05，國(guó)網(wǎng)晉城供電公司運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)晉城地區(qū)某110 kV智能變電站10 kV備用線867線路保護(hù)頻繁告警，告警內(nèi)容為線路保護(hù)過(guò)流Ⅰ段動(dòng)作。由于當(dāng)時(shí)該間隔處于冷備狀態(tài)，因此未造成負(fù)荷損失。保護(hù)動(dòng)作前，該110 kV智能變電站接線方式如圖1所示。110 kV設(shè)備為擴(kuò)大內(nèi)橋接線，進(jìn)線134，135分列運(yùn)行，分別帶#3，#2主變壓器所有負(fù)荷，10 kV Ⅲ段、Ⅱ段母線分列運(yùn)行。10 kV備用867間隔為10 kV Ⅲ段母線上的備用間隔，一次回路未接任何出線，采用小車開關(guān)且處于試驗(yàn)位置，斷路器為分位。

圖1 保護(hù)動(dòng)作前系統(tǒng)接線

2 事件檢查

(1)確認(rèn)事件發(fā)生前867線路保護(hù)、其他間隔保護(hù)裝置以及直流電源系統(tǒng)等是否存在異常告警現(xiàn)象。調(diào)閱了事件發(fā)生前該智能變電站內(nèi)的后臺(tái)監(jiān)控記錄，事件發(fā)生前該110 kV智能變電站867線路保護(hù)及其余二次設(shè)備未有告警等其他異常信號(hào)。

(2)檢查867間隔檢修及工作記錄。該110 kV智能變電站投運(yùn)尚不足1年，從其投產(chǎn)驗(yàn)收記錄查到：該線路保護(hù)功能試驗(yàn)及回路檢查未發(fā)現(xiàn)異常，設(shè)備檢驗(yàn)合格。從相關(guān)工作記錄查到：867間隔投運(yùn)以來(lái)未進(jìn)行過(guò)任何檢修工作。

(3)檢查867線路保護(hù)裝置及其二次回路?，F(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)該保護(hù)裝置過(guò)流動(dòng)作指示燈亮，表明過(guò)流保護(hù)已動(dòng)作。檢查電流回路未見(jiàn)異常，且不可能存在外部故障電流，確認(rèn)此次保護(hù)動(dòng)作為誤動(dòng)。從2013年5月5日開始，保護(hù)裝置的事件記錄共計(jì)40條(該類型保護(hù)總共可以儲(chǔ)存40條報(bào)文)，均為過(guò)流I段動(dòng)作，其故障相為B相，電流從4 A到17 A不等(過(guò)流I段定值為3 A)。

(4)從保護(hù)裝置導(dǎo)出故障錄波文件?，F(xiàn)場(chǎng)采用與該系列保護(hù)裝置相配套的軟件，將裝置故障錄波文件復(fù)制到筆記本電腦中，以備進(jìn)一步分析誤動(dòng)原因。

3 原因分析及查找

既然現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)確定保護(hù)裝置不存在外部電流，保護(hù)誤動(dòng)的原因分析就應(yīng)該從保護(hù)裝置自身的工作過(guò)程入手。

3.1 錄波圖分析

圖2為此次過(guò)流I段動(dòng)作出口時(shí)的錄波圖之一，從圖2可以看出，保護(hù)電流B相疊加了類似直流的波形，Ib在-5 ms及之前已經(jīng)為-35 A左右，到-4 ms時(shí)突變?yōu)?5 A左右，該錄波分析軟件的信息查詢顯示故障電流為5.465 A，大于定值3 A(時(shí)限為0 ms)，完全滿足了保護(hù)的動(dòng)作條件，導(dǎo)致過(guò)流I段保護(hù)誤動(dòng)。結(jié)合實(shí)際B相無(wú)電流，且故障電流均出現(xiàn)在B相的情況，初步懷疑867線路保護(hù)裝置的B相電流采樣有問(wèn)題。

圖2 保護(hù)誤動(dòng)錄波圖

針對(duì)上述現(xiàn)象查閱相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)由于采樣數(shù)據(jù)異常導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的事故在電網(wǎng)中時(shí)有發(fā)生[2]。如某供電公司500 kV保北站處于冷備用狀態(tài)的220 kV旁路保護(hù)因AD654芯片故障,使Ib采樣成為-2.6 A左右的直流分量,最終導(dǎo)致振蕩中Ⅰ段誤動(dòng)作。

盡管數(shù)據(jù)異常導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的幾率很小，但微機(jī)型保護(hù)若無(wú)其他措施，理論上存在因出現(xiàn)“壞數(shù)據(jù)”而導(dǎo)致保護(hù)不正確動(dòng)作的可能。因此，不排除此次備用867間隔過(guò)流I段誤動(dòng)的原因就是B相電流采樣異常，需進(jìn)一步查找導(dǎo)致裝置采樣異常的硬件、軟件方面的原因。

3.2 采樣異常的原因分析[3-5]

(1)保護(hù)裝置外部的原因。如故障、沖擊負(fù)荷、直流操作等產(chǎn)生的高次諧波，當(dāng)微機(jī)保護(hù)裝置的濾波器不能有效濾除其影響時(shí)，正巧被A/D采到，但此次誤動(dòng)顯然已經(jīng)排除了這種可能。

(2)保護(hù)裝置本身的原因。如數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的某個(gè)芯片故障，導(dǎo)致相關(guān)通道采集的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電源發(fā)生故障，各個(gè)通道的采集都不正確；受到較大的外部干擾時(shí)，由于裝置本身的設(shè)計(jì)原因，沒(méi)有很好地加以防護(hù)；由于器件自身的質(zhì)量問(wèn)題，使得數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)“噪聲”過(guò)大而產(chǎn)生壞數(shù)據(jù)。結(jié)合此次過(guò)流I段頻繁動(dòng)作、異常數(shù)據(jù)都為B相電流以及之前全站無(wú)異常告警的現(xiàn)象，可以排除數(shù)據(jù)系統(tǒng)電源故障，因?yàn)槿绻菙?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電源故障，會(huì)導(dǎo)致各個(gè)模擬量通道的數(shù)據(jù)采集都不正確。因此，裝置內(nèi)部某個(gè)芯片存在故障或器件自身質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致“壞數(shù)據(jù)”的可能性較大。

3.3 保護(hù)誤動(dòng)原因查找

由于三相保護(hù)電流都是由同一片AD芯片采集到的，而實(shí)際只有B相有異常，由此可初步排除AD芯片損壞，問(wèn)題最可能出在AD前端，這中間包括了CPU板的一部分、母板和AC插件的一部分。將CPU板寄回廠家，對(duì)AD回路相關(guān)部分進(jìn)行X光檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)有虛接的問(wèn)題(虛接會(huì)導(dǎo)致AD芯片采到的電壓不穩(wěn)，產(chǎn)生類似于圖2的波形)。

拔出AC插件進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)安裝導(dǎo)軌與實(shí)際要求不符，AC插件和母板端子未可靠插緊。由于B相保護(hù)電流的接線端子布線正位于端子靠右側(cè)的第一路，受影響最大，從而造成B相電流進(jìn)入AD芯片的模擬量懸空，形成浮空電壓；浮空電壓產(chǎn)生了圖2所示的類似直流波形，最終導(dǎo)致線路保護(hù)誤動(dòng)作。

4 存在的問(wèn)題及防范措施

(1)通過(guò)對(duì)此次誤動(dòng)事件的分析，發(fā)現(xiàn)目前某些二次設(shè)備生產(chǎn)廠家生產(chǎn)工藝較差，而微機(jī)繼電保護(hù)裝置本身屬于電子產(chǎn)品，其質(zhì)量穩(wěn)定性不僅取決于設(shè)計(jì)的合理性及元器件的性能,而且與整個(gè)制造過(guò)程及工藝手段有很大的關(guān)系。建議保護(hù)裝置生產(chǎn)廠家加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)品加工環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，避免同類事件再次發(fā)生。

(2)采樣異常后，該線路保護(hù)缺乏必要的防止誤動(dòng)的措施。筆者在另一座110 kV智能變電站中也曾遇到過(guò)類似情況，當(dāng)時(shí)是主變壓器中壓側(cè)合并單元的交流插件未插緊，但主變壓器保護(hù)自動(dòng)判別為零飄越限，隨后閉鎖保護(hù)，從而避免了誤動(dòng)的發(fā)生，而從錄波器上截取的波形也與此次誤動(dòng)事件類似。因此，建議微機(jī)繼電保護(hù)裝置無(wú)論從硬件電路設(shè)計(jì)、元器件選擇、數(shù)字濾波設(shè)置，還是軟件算法選擇、編程技巧等環(huán)節(jié)都應(yīng)采取有針對(duì)性的防范措施,做到不因自身原因產(chǎn)生壞數(shù)據(jù)、不引入壞數(shù)據(jù)、不使用壞數(shù)據(jù)、不因壞數(shù)據(jù)導(dǎo)致不正確動(dòng)作。

(3)這類設(shè)備缺陷在正常運(yùn)行中是很難提前被發(fā)現(xiàn)的，需要二次檢修人員在日常運(yùn)行維護(hù)中有足夠的技術(shù)敏感性，對(duì)出現(xiàn)的保護(hù)異常信號(hào)、頻繁動(dòng)作等予以足夠的重視，問(wèn)題的原因要一查到底，只有這樣才能最大限度地保證繼電保護(hù)動(dòng)作的準(zhǔn)確性，使之真正成為電網(wǎng)可信賴的安全衛(wèi)士。

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